CN105223128A - 电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，包括水箱和连接于水箱上的实验管路，以及安装于水箱上放入温度控制模块、压力控制模块、流量控制模块、介质含氧量控制模块和pH控制模块，实验段管路壁面上嵌入工作电极，采用电化学测量方法监测管段内壁的腐蚀。本发明能够真实的反映工业现场的流动状态及流动腐蚀，可以瞬时的测量出实验电极的腐蚀速率。

Description

电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置

技术领域

本发明属于电站给水疏水系统流动加速腐蚀领域，具体涉及一种电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置。

背景技术

目前，国内超临界机组的给水系统管线大多是采用碳钢制造而成，而当给水处理方式为还原性全挥发的条件下，碳钢表面会形成双层的磁性氧化铁薄膜，流动加速腐蚀是会造成管件局部减薄，腐蚀速率高达0.3mm/a（邵飞,张世鑫.流动加速腐蚀对发电厂的影响[J].能源与节能,2014(9):22-23.）。如果不能及时发现，失效器件很可能会突然破裂，导致高温液体和蒸汽外泄，将损坏周围的设备，严重时还会造成人员的伤亡（刘飞华,罗坤杰,李岩.流动加速腐蚀机理及其影响因素[C].The6thChinaCorrosionConference,2011:561-565.）。因此有效的防止电站流动加速腐蚀已经成为火电及核电领域重点研究课题。

为了研究FAC的复杂机理，研究者们针对不同的方面分别建立出相应的实验系统。如S.Delaunay等（DelaunayS,MansourC,PavageauEM,etal.Formationanddepositionofironoxidesonstainlesssteelandcarbonsteelinconditionsofsecondarycircuitsofpressurizedwaterreactors[J].Corrosion,2011,67(1):015003-1-015003-10.）设计了FORTRAND循环回路来研究核电站给水系统垢污的形成及转移机理。EPRI机构（MachielsA,MunsonD.ResidualChromiumEffectsonFlow-AcceleratedCorrosionofCarbonSteel[J].ElectricPowerResearchInstitute,EPRIReportTR-1011837,PaloAlto,CA,2006.）建立了CIROCO回路用来研究碳钢中Cr的含量对FAC的影响。我国对于FAC的机理研究才刚刚起步，实验台架也比较缺乏。上海交通大学的伊成龙等（伊成龙.核电厂二回路管道流动加速腐蚀性能研究[D]：[硕士学位论文].上海：上海交通大学机械与动力工程学院，2012.）建立了核电站二回路模拟实验系统来分析不同成分材料在不同工况下的FAC性能曲线。但是，由于传统的FAC实验台都是通过失重法来对碳钢的腐蚀速率进行测量，而这需要进行长期的暴露实验，通常为1至2个月。因此，亟需寻找时间短又不失精确的腐蚀速率测量方式。

可见，针对上述不足，设计一套原位电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置已成为亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，通过在实验段管路壁面上嵌入工作电极，采用电化学测量方法监测管段内壁的腐蚀，能够真实的反映工业现场的流动状态及流动腐蚀。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，包括水箱和连接于水箱上的实验管路，所述水箱上安装有温度控制模块、压力控制模块、流量控制模块、介质含氧量控制模块和pH控制模块，所述实验段管路壁面上嵌入有用于监测管段内壁腐蚀的工作电极。

具体地，所述温度控制模块包括与水箱中流体介质相接触的电加热管，以及与电加热管控制连接的热电偶和智能温度控制仪表。介质的温度信号由热电偶测量并且反馈给智能温度控制仪表，仪表根据测量温度和目标温度之差再对电加热管进行控制。

具体地，所述压力控制模块包括与水箱相连的高纯氮气瓶，所述高纯氮气瓶与水箱之间串联有调压阀，所述水箱的顶部具有用于排出多余空气的排气阀。将高纯氮气通过通过调压阀的调节从高纯氮气瓶充入水箱，水箱中的多余空气从排气阀中流出。实验介质液面压力通过调压阀控制。

具体地，所述流量控制模块包括耐腐蚀泵、变频柜和涡轮流量计。流体从水箱中流出，经过耐腐蚀泵提升压力，耐腐蚀泵通过变频柜变换泵的频率来进行流量的调节，经过现场显示型的涡轮流量计进行流量测定，通过测定数据对变频柜进行反馈从而达到目标流量。

具体地，所述介质含氧量控制模块包括溶氧仪和氮气瓶。从氮气瓶充入高纯氮气对介质进行除氧，溶氧仪8用于测量水箱1内流体介质的含氧量，当含氧量达到要求时，停止氮气的充入。

具体地，所述pH控制模块包括安装于水箱顶部的注射器和底部的Cpvc管段，所述Cpvc管段上安装有Cpvc球阀，所述注射器内含有实验介质。将Cpvc管段焊接于水箱底部，通过加装Cpvc球阀控制流体的流出，用于流体PH值样本的取样，介质样本通过实验室pH计进行精确测量，然后根据测量数据用含实验介质的注射器18来调节水箱1中流体的pH值。

具体地，所述管路上具有腐蚀测试段，所述腐蚀测试端上依次安装有依次排列的参比电极、工作电极和辅助电极。

具体地，所述腐蚀测试段包括水平管路腐蚀测试段和复杂流型管路腐蚀测试段，所述水平管路腐蚀测试段上的参比电极、工作电极和辅助电极指向管路的轴心并处于管路的横断面上；所述复杂流型管路腐蚀测试段上的参比电极、工作电极和辅助电极沿流体的流动方向布设并处管路的纵剖面上。

本发明同时提出上述电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置的实验方法，包含以下步骤：

步骤1，通过高纯氮气瓶对水箱充入氮气使整个循环系统保持除氧状态；

步骤2，流体通过Cpvc管进行pH样本的取样，并用实验室pH计进行测定；

步骤3，通过智能温控仪表、热电偶和电加热管一套温控系统来达到介质的目标温度；

步骤4，打开阀门，流体流经流量计和压力表进行流量和压力的测定，再进入水平管路腐蚀测试段，经镶嵌在管壁上的三电极系统反应产生电化学信号通过电化学工作站进行分析，得到工作电极的瞬时腐蚀速率；

步骤5，流体流过复杂流型管路腐蚀测试段，与水平管路腐蚀测试段同时产生电化学信号，水平管路腐蚀测试段的瞬时腐蚀速率作为复杂流型管路腐蚀测试段瞬时腐蚀速率的对比组。

使用时，首先通过高纯氮气瓶对水箱充入氮气使整个循环系统保持除氧状态，流体含氧量低至要求后，停止充入氮气，随后流体通过Cpvc管进行pH样本的取样，并用实验室pH计进行测定。完成pH测定之后，通过智能温控仪表、热电偶和电加热管一套温控系统来达到介质的目标温度。然后打开阀门，流体流经流量计和压力表进行流量和压力的测定，再进入水平管路腐蚀测试段，经镶嵌在管壁上的三电极系统反应产生电化学信号通过电化学工作站进行分析，可以得到工作电极的瞬时腐蚀速率。随后流体流过复杂流型管路腐蚀测试段，与水平管路腐蚀测试段同时产生电化学信号，水平管路腐蚀测试段的瞬时腐蚀速率作为复杂流型管路腐蚀测试段瞬时腐蚀速率的对比组。

有益效果：

1、本发明采用了电化学测量方法，可以瞬时的测量实验电极的腐蚀速率，相比传统电站腐蚀试验所采用的失重法要大大的缩短了实验时间。

2、本发明通过在实验段管路壁面镶嵌工作电极、参比电极、辅助电极，可以实现真实的模拟工业现场流体流过壁面产生的流动加速腐蚀，可应用于管道腐蚀的原位检测。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例中腐蚀测试段水平管路的截面图；

图2是本发明实施例中腐蚀测试段复杂流型管路的侧视图；

图3是本发明实施例的装置示意图；

图中：1-不锈钢水箱，2-第一Cpvc球阀，3-耐腐蚀泵，4-现场显示型涡轮流量计，5-Cpvc管路，6-第二Cpvc球阀，7-不锈钢排气阀，8-溶氧仪，9-智能温度控制器，10-热电偶，11-不锈钢电加热管，12-调压阀，13-高纯氮气瓶，14-不锈钢耐震压力表，15-水平管路腐蚀测试段，16-复杂流型管路腐蚀测试段，17-导线，18-注射器，19-第一导线孔，20-第一工作电极孔，21-第一参比电极孔，22-第一辅助电极孔，23-第二工作电极孔，24-第二导线孔，25-第二辅助电极孔，26-第二参比电极孔。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，腐蚀测试段水平管路的导线和工作电极分别镶嵌入第一导线孔19和第一工作电极孔20，Ag/Agcl电极作参比电极安装入第一参比电极孔21,铂盘电极作辅助电极安装入第一辅助电极孔22。

如图2所示，腐蚀测试段复杂流型管路的导线17和工作电极分别镶嵌入第二导线孔24和第二工作电极孔23，铂盘电极作辅助电极安装入第二辅助电极孔25，Ag/Agcl电极作参比电极安装入第二参比电极孔26。

如图3所示，本实施例的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置在使用时，首先打开第一Cpvc球阀2和排气阀7，通过高纯氮气瓶13对水箱1充入氮气使整个循环系统保持除氧状态，一定时间后关闭第一Cpvc球阀2，往水箱中充入60L超纯水，继续充入氮气，当溶氧仪8所显示的流体含氧量低至要求后，停止充入氮气，关闭调压阀12和排气阀7。

通过注射器18往水中注入氨水，打开第二Cpvc球阀6，流体通过Cpvc管5进行pH样本的取样，并用实验室pH计进行测定。

达到目标pH之后，通过智能温度控制器9反馈、热电偶10测量流体温度和不锈钢电加热管11加热流体这样一套温控系统来达到流体的目标温度。

打开第一Cpvc球阀2，流体流经耐腐蚀泵3提升压力，并且通过变频柜控制泵的频率来调节流体的流量，流量通过现场显示型的涡轮流量计4来测定。然后流体流过不锈钢耐震压力表14进行压力的测定。

流体进入水平管路腐蚀测试段15，经镶嵌在管壁上的三电极系统反应产生电化学信号通过电化学工作站进行分析，可以得到工作电极的瞬时腐蚀速率。随后流体流过复杂流型管路腐蚀测试段16，与水平管路腐蚀测试段15同时产生电化学信号，通过导线17采集，水平管路腐蚀测试段15的瞬时腐蚀速率作为复杂流型管路腐蚀测试段16瞬时腐蚀速率的对比组。最后流体流入不锈钢水箱1形成一个循环系统。

实验结束后，关闭耐腐蚀泵3和第一Cpvc球阀2。打开第二Cpvc球阀6让流体通过Cpvc管段排出。拆卸镶嵌在水平管路腐蚀测试段15和复杂流型管路腐蚀测试段16壁面上的试样、辅助和参比电极。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，包括水箱和连接于水箱上的实验管路，其特征在于：所述水箱上安装有温度控制模块、压力控制模块、流量控制模块、介质含氧量控制模块和pH控制模块，所述实验段管路壁面上嵌入有用于监测管段内壁腐蚀的工作电极。

2.根据权利要求1所述的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，其特征在于：所述温度控制模块包括与水箱中流体介质相接触的电加热管，以及与电加热管控制连接的热电偶和智能温度控制仪表。

3.根据权利要求1所述的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，其特征在于：所述压力控制模块包括与水箱相连的高纯氮气瓶，所述高纯氮气瓶与水箱之间串联有调压阀，所述水箱的顶部具有用于排出多余空气的排气阀。

4.根据权利要求1所述的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，其特征在于：所述流量控制模块包括耐腐蚀泵、变频柜和涡轮流量计。

5.根据权利要求1所述的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，其特征在于：所述介质含氧量控制模块包括溶氧仪和氮气瓶。

6.根据权利要求1所述的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，其特征在于：所述pH控制模块包括安装于水箱顶部的注射器和底部的Cpvc管段，所述Cpvc管段上安装有Cpvc球阀，所述注射器内含有实验介质。

7.根据权利要求1所述的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，其特征在于：所述管路上具有腐蚀测试段，所述腐蚀测试端上依次安装有依次排列的参比电极、工作电极和辅助电极。

8.根据权利要求7所述的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置，其特征在于：所述腐蚀测试段包括水平管路腐蚀测试段和复杂流型管路腐蚀测试段，所述水平管路腐蚀测试段上的参比电极、工作电极和辅助电极指向管路的轴心并处于管路的横断面上；所述复杂流型管路腐蚀测试段上的参比电极、工作电极和辅助电极沿流体的流动方向布设并处管路的纵剖面上。

9.根据权利要求1所述的电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置的实验方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤1，通过高纯氮气瓶对水箱充入氮气使整个循环系统保持除氧状态；

步骤2，流体通过Cpvc管进行pH样本的取样，并用实验室pH计进行测定；

步骤3，通过智能温控仪表、热电偶和电加热管一套温控系统来达到介质的目标温度；

步骤4，打开阀门，流体流经流量计和压力表进行流量和压力的测定，再进入水平管路腐蚀测试段，经镶嵌在管壁上的三电极系统反应产生电化学信号通过电化学工作站进行分析，得到工作电极的瞬时腐蚀速率；

步骤5，流体流过复杂流型管路腐蚀测试段，与水平管路腐蚀测试段同时产生电化学信号，水平管路腐蚀测试段的瞬时腐蚀速率作为复杂流型管路腐蚀测试段瞬时腐蚀速率的对比组。